關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)的病害分析及加固技術(shù)探討

曾松桂

(廣東呈斯意特建筑設(shè)計(jì)有限公司 廣東 惠州 516000)

0 引言

由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中，常年經(jīng)受自重荷載、風(fēng)荷載、地震荷載及外界環(huán)境等多種作用力作用，造成混凝土結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中出現(xiàn)一些病害，影響整體結(jié)構(gòu)的承載能力，并造成整體結(jié)構(gòu)的安全性降低。此外，混凝土結(jié)構(gòu)在使用中還受到混凝土碳化、混凝土收縮、鋼筋銹蝕等作用，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層脫落、裂縫、承載力不足，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。因此，當(dāng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用一定時(shí)間后，則需要對(duì)其外觀質(zhì)量、材料受力性能、鋼筋銹蝕等進(jìn)行有效地檢測(cè)，鑒定其結(jié)構(gòu)安全程度，并選用合適的加固技術(shù)，以提高其承載能力，延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限。

1 混凝土結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的病害及原因

1.1 裂縫

（1）溫度裂縫

當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差出現(xiàn)較大差異時(shí)，則會(huì)造成混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)熱脹冷縮現(xiàn)象。若此時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)的膨脹變形或收縮變形受到約束，則會(huì)在其結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生較大應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力增大到一定程度，即此應(yīng)力大于混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)則會(huì)產(chǎn)生裂縫。根據(jù)筆者多年從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工現(xiàn)場(chǎng)處理經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，外界環(huán)境溫度急劇降低或升高是造成混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫的主要原因。

例如大體積混凝土施工時(shí)，在其混凝土硬化過(guò)程中，結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱，從而使內(nèi)部溫度上升，當(dāng)其內(nèi)部溫度無(wú)法得到有效地釋放，則會(huì)造成結(jié)構(gòu)內(nèi)外較大的溫度差，較而容易出現(xiàn)溫度裂縫。

（2）沉降裂縫

混凝土的沉降裂縫產(chǎn)生的主要原因是由于混凝土構(gòu)件之間與地基承載力之間存在差異。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)局部地基承載力不足，出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象，會(huì)對(duì)上部混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻的剪應(yīng)力，當(dāng)剪應(yīng)力增大到一定程度時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。研究表明，該裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性危害較大，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段時(shí)就需對(duì)地基與結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)性進(jìn)行考慮，避免混凝土結(jié)構(gòu)在后期出現(xiàn)沉降裂縫。

（3）收縮裂縫

收縮裂縫主要是由于混凝土結(jié)構(gòu)的塑性收縮與干縮導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的裂縫。塑性收縮，其發(fā)生在混凝土澆筑施工結(jié)束后4～5h，混凝土硬化之前，因混凝土內(nèi)部水泥水化消耗較多的水分，而造成混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)收縮裂縫。同時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)還易發(fā)生干縮，在混凝土終凝后，結(jié)構(gòu)表層的水分損失較為嚴(yán)重，造成混凝土結(jié)構(gòu)體積減少，而內(nèi)部水分蒸發(fā)速度慢，這就形成內(nèi)部水分蒸發(fā)慢而外部水分蒸發(fā)快的不均勻收縮，形成收縮裂縫。

1.2 承載力不足

在混凝土結(jié)構(gòu)中，由于混凝土受到多方面因素影響，造成其承載能力不足。結(jié)合多年設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)分析，其產(chǎn)生原因大致有以下幾點(diǎn)因素。第一，在建筑工程前期勘察階段，由于勘察結(jié)果精度不高，未能真實(shí)反應(yīng)地質(zhì)水文真實(shí)情況，例如，勘察單位在布孔鉆探時(shí)，布置的孔位不合理，點(diǎn)數(shù)、鉆孔深度未能達(dá)到規(guī)范要求的數(shù)值等，造成勘測(cè)結(jié)果精度不高，從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)階段對(duì)地質(zhì)及其承載力判斷有誤；第二，各類施工因素不達(dá)標(biāo)造成工程施工質(zhì)量不合格，例如，施工隊(duì)伍施工素質(zhì)低、施工材料不滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求、機(jī)械設(shè)備性能落后、現(xiàn)場(chǎng)未按嚴(yán)格圖紙施工導(dǎo)致缺漏鋼筋等均會(huì)造成混凝土結(jié)構(gòu)承載力不足。此外，在施工管理方面還存在管理混亂、監(jiān)督力度不嚴(yán)等問(wèn)題。

1.3 耐久性不足

由于多數(shù)混凝土結(jié)構(gòu)常年處于裸露的環(huán)境中，這就造成其常年承受環(huán)境變化影響，造成混凝土結(jié)構(gòu)在運(yùn)行過(guò)程中，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)生微妙變化。例如，在混凝土結(jié)構(gòu)使用中，由于環(huán)境中的二氧化碳通過(guò)裂縫進(jìn)入到混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層被全部碳化反應(yīng)后，鋼筋的堿性保護(hù)層被損壞，二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入到鋼筋表面，造成鋼筋表面發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其表面浮渣體積增大，從而引起保護(hù)層開(kāi)裂。同時(shí)，混凝土建筑結(jié)構(gòu)缺乏完善的定期檢測(cè)維修加固制度這就造成混凝土結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中，在未達(dá)到設(shè)計(jì)年限的前提下提前出現(xiàn)耐久性不足的情況。

2 混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)分析

2.1 外加預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)

由于混凝土結(jié)構(gòu)在運(yùn)行一段時(shí)間后，其承載力逐漸降低，造成跨中撓度增大。而通過(guò)體外施加預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，其主要是通過(guò)對(duì)梁板混凝土施加預(yù)應(yīng)力筋形成結(jié)構(gòu)體外預(yù)加拉應(yīng)力，從而提高了混凝土梁板的承載能力，如圖 1所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力技術(shù)，可以明顯增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)30%～40%的承載能力，其加固效果明顯，同時(shí)還可以延緩混凝土受壓面出現(xiàn)裂縫的時(shí)間，以及減輕混凝土結(jié)構(gòu)的變形程度。此外，預(yù)應(yīng)力加固施工作業(yè)對(duì)建筑混凝土的使用空間影響較小，一般在不對(duì)建筑限制使用的狀態(tài)下完成預(yù)應(yīng)力加固施工。

圖1 預(yù)應(yīng)力加固方法

2.2 增大截面加固技術(shù)

在混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，且為深層裂縫或貫穿裂縫時(shí)，則會(huì)嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力。根據(jù)筆者多年結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以采取增大截面的加固方法。具體施工方法是，采用與原結(jié)構(gòu)材料一致的混合料，將原混凝土表面鑿毛處理，然后植筋，噴涂混凝土，使新噴涂混凝土與原構(gòu)件形成有效地整體，從而增大混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力，并減緩混凝土結(jié)構(gòu)的碳化反應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能。同時(shí)，也可以用鋼筋混凝土包裹木桿件加固。

2.3 裂縫修補(bǔ)技術(shù)

（1）灌漿法。在混凝土結(jié)構(gòu)裂縫較窄且裂縫較深時(shí)，可采用灌注環(huán)氧樹(shù)脂的方式對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行灌縫處理，由于環(huán)氧樹(shù)脂具有強(qiáng)度高、固化速度快，并具有較強(qiáng)的滲透性，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫具有較好的修復(fù)作用。

（2）表面封閉修補(bǔ)法。當(dāng)混凝土表面裂縫寬度較小時(shí)，可采用表面涂抹保護(hù)膜。若混凝土結(jié)構(gòu)表面裂縫數(shù)量較多時(shí)，可以采用在裂縫區(qū)域均勻涂抹保護(hù)膜。

若混凝土裂縫較為明顯，且裂縫較深時(shí)，可以鑿除混凝土裂縫區(qū)域，并吹掃裂縫區(qū)域的灰塵，然后噴涂水泥砂漿，以提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

當(dāng)然，混凝土加固除以上加固方式以外，還有外黏型鋼加固法、植筋加固技術(shù)、錨栓技術(shù)等等，這些加固工藝使用的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)與工程實(shí)際情況及實(shí)際施工方法緊密結(jié)合，以達(dá)到讓混凝土結(jié)構(gòu)得到最優(yōu)化處理的目的。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，由于混凝土結(jié)構(gòu)的施工因素、環(huán)境作用、荷載作用等多種因素的共同作用，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)病害，需要采取適宜的加固措施以提高混凝土結(jié)構(gòu)的承載特性，延緩混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的時(shí)間，提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

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